特表 2022-543220 冷凍装置及び設備

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-10-11

(54)【発明の名称】冷凍装置及び設備

(51)【国際特許分類】

   F25B 9/06 20060101AFI20221003BHJP

   F25B 9/00 20060101ALI20221003BHJP

【ＦＩ】

F25B9/06 K

F25B9/00 J

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022506107

(86)(22)【出願日】2020-07-08

(85)【翻訳文提出日】2022-03-03

(86)【国際出願番号】 EP2020069174

(87)【国際公開番号】W WO2021023455

(87)【国際公開日】2021-02-11

(31)【優先権主張番号】1908948

(32)【優先日】2019-08-05

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】591036572

【氏名又は名称】レール・リキード－ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード

(74)【代理人】

【識別番号】100108855

【弁理士】

【氏名又は名称】蔵田 昌俊

(74)【代理人】

【識別番号】100179062

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 正

(74)【代理人】

【識別番号】100199565

【弁理士】

【氏名又は名称】飯野 茂

(74)【代理人】

【識別番号】100153051

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100162570

【弁理士】

【氏名又は名称】金子 早苗

(72)【発明者】

【氏名】ドゥラン、ファビアン

(72)【発明者】

【氏名】ドロートレ、ギヨーム

(57)【要約】

枠（１００）内に配置され、及びループを形成し、且つ作動流体を含む作動回路（１０）を含む低温冷凍装置であって、作動回路（１０）は、順番に、圧縮機構（２、３）と、冷却機構（４、５、６）と、膨張機構（７）と、加熱機構（６、８）とを含むサイクルを形成し、装置（１）は、作動流体と熱を交換することにより、少なくとも１つの部材（１２５）において熱を抽出することを意図された冷凍熱交換器（８）を含み、作動流体を冷却及び加熱するための機構は、共通熱交換器（６）を含み、共通熱交換器（６）において、作動流体は、作動回路（１０）の２つの別個の移行部分において対流して移行し、圧縮機構は、少なくとも２つの圧縮機（２、３）及び圧縮機（２、３）を駆動するための少なくとも１つのモータ（１４、１５）を含み、作動流体膨張機構は、少なくとも１つの回転タービン（７）を含み、装置は、駆動シャフトを含む少なくとも１つの駆動モータ（１４、１５）を含み、駆動シャフトの１つの端部は、圧縮機（２）を駆動し、及び駆動シャフトの他の端部は、タービン（７）に結合され、モータ（１４）は、少なくとも１つの固定点（１０４）で枠（１００）に取り付けられ、共通熱交換器（６）は、少なくとも１つの固定点（１０６）で枠（１００）に取り付けられ、共通熱交換器（６）の２つの対流移行部分は、枠（１００）の長手方向（Ａ）に配向され、駆動モータ（１４、１５）の駆動シャフトは、長手方向（Ａ）に平行又は実質的に平行な方向に配向され、且つタービン（７）及び圧縮機（２）は、装置が作動されているとき、タービン（７）が、共通熱交換器（６）の比較的低温の端部に対応する側で長手方向に位置し、及び装置が作動されているとき、圧縮機（２）が、共通熱交換器（６）の比較的高温の端部に対応する側で長手方向に位置するように比較的長手方向に配置される、低温冷凍装置。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

低温冷凍装置であって、すなわち摂氏マイナス１００度～摂氏マイナス２７３度の温度で冷凍するためのものであり、枠（１００）内に配置され、及びループを形成し、且つ作動流体を含む作動回路（１０）を含み、前記作動回路（１０）は、順番に、前記作動流体を圧縮するための機構（２、３）と、前記作動流体を冷却するための機構（４、５、６）と、前記作動流体を膨張させるための機構（７）と、前記作動流体を加熱するための機構（６、８）とを含むサイクルを形成し、前記装置（１）は、前記作動回路（１０）内で循環する前記作動流体との熱交換により、少なくとも１つの部材（１２５）において熱を抽出することを意図された冷凍熱交換器（８）を含み、前記作動流体を冷却及び加熱するための前記機構は、共通熱交換器（６）を含み、前記共通熱交換器（６）を通して、前記作動流体は、前記作動流体が冷却されるか又は加熱されるかに依存して、前記作動回路（１０）の２つの別個の通路部分において対流して通過し、前記圧縮機構は、少なくとも２つの圧縮機（２、３）及び前記圧縮機（２、３）のための少なくとも１つの駆動モータ（１４、１５）を含み、前記作動流体を膨張させるための前記機構は、少なくとも１つの回転タービン（７）を含み、前記装置は、駆動シャフトを含む少なくとも１つの駆動モータ（１４、１５）を含み、前記駆動シャフトの１つの端部は、少なくとも１つの圧縮機（２）を駆動し、及び前記駆動シャフトの別の端部は、タービン（７）に結合され、前記モータ（１４）は、少なくとも１つの固定点（１０４）で前記枠（１００）に固定され、前記共通熱交換器（６）は、少なくとも１つの固定点（１０６）で前記枠（１００）に固定され、前記共通熱交換器（６）の前記２つの対流通路部分は、前記枠（１００）の長手方向（Ａ）に配向され、前記駆動モータ（１４、１５）の前記駆動シャフトは、前記長手方向（Ａ）に平行又は実質的に平行な方向に配向される、低温冷凍装置において、前記タービン（７）及び前記圧縮機（２）は、前記装置が作動しているとき、前記タービン（７）が、前記共通熱交換器（６）の比較的低温の端部に対応する側で長手方向に位置し、及び前記装置が作動しているとき、前記圧縮機（２）が、前記共通熱交換器（６）の比較的高温の端部に対応する側で長手方向に位置するように、互いに対して長手方向に配置されることと、前記枠（１００）の前記固定点への前記共通熱交換器（６）の連結部は、前記装置が作動しているとき、前記熱交換器（６）の、その前記比較的高温の端部及び比較的低温の端部間に位置する長手方向位置、具体的には、収縮しやすい前記熱交換器（６）の前記低温端部と、膨張しやすい前記熱交換器（６）の前記高温端部とを分離する前記熱交換器（６）の部分に位置することとを特徴とする低温冷凍装置。

【請求項2】

前記装置が作動しているとき、前記共通熱交換器（６）の温度は、低温端部と高温端部との間で長手方向に変化し、前記低温端部は、具体的には約１００Ｋの温度において、前記膨張機構（７）から到来する前記比較的低温の作動流体を、それを加熱するために受け取り、且つ前記冷却された作動流体を、それが前記膨張機構（７）に入る前に排出し、前記高温端部は、具体的には約３００Ｋの温度において、前記圧縮機構から到来する前記高温の作動流体を受け取り、且つ前記加熱された作動流体を、それが前記圧縮機構に入る前に排出すること、前記枠（１００）の前記固定点（１０６）への前記共通熱交換器（６）の前記連結部は、前記熱交換器（６）の、その前記低温端部及び高温端部間の中間長手方向位置、具体的には２００～２７０Ｋ、具体的には２５０Ｋの作動温度の帯域に位置することを特徴とする、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記モータ（１４）及び前記共通熱交換器（６）をそれぞれ前記枠（１００）に固定するための前記固定点（１０４、１０６）は、１００ｃｍ未満、具体的には５０ｃｍ未満の距離だけ前記長手方向（Ａ）に離間され、且つ好ましくは前記枠の前記長手方向（Ａ）において同じ高さに位置することを特徴とする、請求項１又は２に記載の装置。

【請求項4】

前記作動流体を冷却するための前記機構（４、５、６）は、前記２つの圧縮機（２、３）の出口にそれぞれ配置され、且つ前記作動流体と冷却流体との間の熱交換を確保する２つの冷却熱交換器（４、５）を含み、前記枠（１００）は、支持部に固定されることを意図された下基部（１０１）を含み、前記２つの冷却熱交換器（４、５）は、前記枠（１００）内において、前記長手方向軸（Ａ）に対して横方向に前記共通熱交換器（６）の隣に位置し、前記冷却熱交換器（４、５）が前記共通熱交換器（６）と前記枠（１００）の前記下基部（１０１）との間に位置しないことを意味することを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の装置。

【請求項5】

前記２つの冷却熱交換器（４、５）は、前記長手方向軸（Ａ）に平行なそれぞれの長手方向に延在する細長い形状をそれぞれ有することを特徴とする、請求項４に記載の装置。

【請求項6】

前記２つの冷却熱交換器（４、５）は、一方が他方の上に配置されることを特徴とする、請求項４又は５に記載の装置。

【請求項7】

各冷却熱交換器（４、５）は、２つの長手方向端部にそれぞれ配置される、冷却される作動ガスのための入口及び冷却された作動ガスのための出口を含み、各冷却熱交換器（４、５）は、冷却流体のための入口（２４、２５）及び冷却流体のための出口（３４、３５）を含み、前記２つの冷却熱交換器（４、５）は、互いに対して逆に配置され、前記２つの冷却熱交換器（４、５）の前記それぞれの長手方向が平行又は実質的に平行であり、及び前記冷却熱交換器（４、５）内の前記作動流体の循環方向が互いに反対であることを意味することを特徴とする、請求項４～６のいずれか一項に記載の装置。

【請求項8】

前記２つの冷却熱交換器（４、５）の一方の冷却流体のための前記出口（３４、３５）は、前記冷却熱交換器の一方（５、４）を通過する冷却流体の流れの一部が他方の冷却熱交換器（４、５）内ですでに循環しているように、前記他方の冷却熱交換器（５）の冷却流体のための前記入口（２４、２５）に連結されることを特徴とする、請求項６に記載の装置。

【請求項9】

前記２つの冷却熱交換器（４、５）は、隣接して、すなわち０～５００ｍｍ、具体的には１０～３００ｍｍの距離だけ離間される方式で位置することを特徴とする、請求項４～８のいずれか一項に記載の装置。

【請求項10】

請求項１～９のいずれか一項に記載の冷凍装置（１）を含む、ユーザ流体、具体的には天然ガスの流れを冷凍及び／又は液化するためのシステムであって、ユーザ流体の少なくとも１つのタンク（１６）及び前記冷却交換器（８）内におけるユーザ流体の前記流れの循環のための導管（１２５）を含むシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、冷凍のための装置及びシステムに関する。

【0002】

本発明は、より詳細には、低温冷凍装置であって、すなわち摂氏マイナス１００度～摂氏マイナス２７３度の温度で冷凍するためのものであり、枠内に配置され、及びループを形成し、且つ作動流体を含む作動回路を含み、作動回路は、順番に、作動流体を圧縮するための機構と、作動流体を冷却するための機構と、作動流体を膨張させるための機構と、作動流体を加熱するための機構とを含むサイクルを形成し、装置は、作動回路内で循環する作動流体との熱交換により、少なくとも１つの部材において熱を抽出することを意図された冷凍熱交換器を含み、作動流体を冷却及び加熱するための機構は、共通熱交換器を含み、共通熱交換器を通して、作動流体は、作動流体が冷却されるか又は加熱されるかに依存して、作動回路の２つの別個の通路部分において対流して通過し、圧縮機構は、少なくとも２つの圧縮機及び圧縮機のための少なくとも１つの駆動モータを含み、作動流体を膨張させるための機構は、少なくとも１つの回転タービンを含み、装置は、駆動シャフトを含む少なくとも１つの駆動モータを含み、駆動シャフトの１つの端部は、少なくとも１つの圧縮機を駆動し、及び駆動シャフトの別の端部は、タービンに結合され、前記モータは、少なくとも１つの固定点で枠に固定され、共通熱交換器は、少なくとも１つの固定点で枠に固定され、共通熱交換器の２つの対流通路部分は、枠の長手方向に配向される、低温冷凍装置に関する。

【0003】

用語、低温冷凍装置は、摂氏マイナス１００度～摂氏マイナス２７３度、具体的には摂氏マイナス１００度～摂氏マイナス２５３度の温度における冷凍のための装置を示す。

【0004】

本発明は、具体的には、極低温冷凍庫及び／又は液化装置、例えば「ターボ・ブレイトン」サイクル若しくは「ターボ・ブレイトン冷凍機」を有する型に関し、その中では、サイクルガスとしても公知である作動ガス（ヘリウム、窒素、水素若しくは別の純ガス又は混合物）は、冷却されることを意図された部材又はガスに伝達され得る低温を生成する熱力学サイクルを受ける。

【背景技術】

【0005】

これらの装置は、広範囲の用途、具体的にはタンク内（例えば、船舶内）の天然ガスを冷却するために使用される。液化天然ガスは、例えば、その蒸発を避けるために過冷却されるか、又は気体部分は再液化するために冷却される。

【0006】

例えば、天然ガスの流れは、冷凍庫／液化装置のサイクルガスによって冷却された熱交換器内で循環させることができる。

【0007】

これらの装置は、圧縮段階の出口に挿入された複数の熱交換器を含むことがある。これらの装置は、枠又は周囲に組み込まれ、その容積が限定される。このように、これらの様々な交換器及び関連するパイプを組み込むことは、困難である。作動ガスの冷却は、場合により厄介であることがある。

【0008】

加えて、装置の様々な構成要素は、周囲温度～極低温（具体的には２５Ｋまで）の著しい温度変化を受けることがある。従って、これらの温度変化は、寸法変化を起こす可能性があり、寸法変化は、装置の一体性に悪影響を及ぼすことがある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本発明の目的は、上に提示した先行技術の欠点の全て又は一部を克服することである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

この目的のために、他の点では上記の序文に与えられたその一般定義に従う本発明による装置は、前記駆動モータの駆動シャフトが、長手方向に平行又は実質的に平行な方向に配向され、タービン及び圧縮機が、装置が作動しているとき、タービンが、共通熱交換器の比較的低温の端部に対応する側で長手方向に位置し、及び装置が作動しているとき、圧縮機が、共通熱交換器の比較的高温の端部に対応する側で長手方向に位置するように、互いに対して長手方向に配置されることを基本的に特徴とする。

【0011】

更に、本発明の実施形態は、以下の特徴の１つ又は複数を含み得る：
－ 枠の固定点への共通熱交換器の連結部は、装置が作動しているとき、熱交換器の、その比較的高温の端部及び比較的低温の端部間に位置する長手方向位置に、具体的には、収縮しやすい熱交換器の低温端部と、膨張しやすい熱交換器の高温端部とを分離する熱交換器の部分に位置し、
－ 装置が作動しているとき、共通熱交換器の温度は、低温端部と高温端部との間で長手方向に変化し、低温端部は、具体的には約１００Ｋの温度において、膨張機構から到来する比較的低温の作動流体を、それを加熱するために受け取り、且つ冷却された作動流体を、それが膨張機構に入る前に排出し、高温端部は、具体的には約３００Ｋの温度において、圧縮機構から到来する高温の作動流体を受け取り、且つ加熱された作動流体を、それが圧縮機構に入る前に排出し、枠の固定点への共通熱交換器の連結部は、熱交換器の、その低温端部及び高温端部間で中間長手方向位置、具体的には２００～２７０Ｋ、具体的には２５０Ｋの作動温度の帯域に位置し、
－ モータ及び共通熱交換器をそれぞれ枠に固定するための固定点は、１００ｃｍ未満、具体的には５０ｃｍ未満の距離だけ長手方向（Ａ）に離間され、且つ好ましくは枠の長手方向において同じ高さに位置し、
－ 作動流体を冷却するための機構は、２つの圧縮機の出口にそれぞれ配置され、且つ作動流体と冷却流体との間の熱交換を確保する２つの冷却熱交換器を含み、枠は、支持部に固定されることを意図された下基部を含み、２つの冷却熱交換器は、枠内において、長手方向軸に対して横方向に共通熱交換器の隣に位置し、冷却熱交換器が共通熱交換器と枠の下基部との間に位置しないことを意味し、
－ ２つの冷却熱交換器は、長手方向軸に平行なそれぞれの長手方向に延在する細長い形状をそれぞれ有し、
－ ２つの冷却熱交換器は、一方が他方の上に垂直方向に配置され、
－ 各冷却熱交換器は、２つの長手方向端部にそれぞれ配置される、冷却される作動ガスのための入口及び冷却された作動ガスのための出口を含み、各冷却熱交換器は、冷却流体のための入口及び冷却流体のための出口を含み、２つの冷却熱交換器は、互いに対して逆に配置され、２つの冷却熱交換器のそれぞれの長手方向が平行又は実質的に平行であり、及び前記冷却熱交換器内の作動流体の循環方向が互いに反対であることを意味し、
－ ２つの冷却熱交換器の一方の冷却流体のための出口は、冷却熱交換器の一方を通過する冷却流体の流れの一部が他方の冷却熱交換器内ですでに循環しているように、他方の冷却熱交換器の冷却流体のための入口に連結され、
－ ２つの冷却熱交換器は、隣接して、すなわち５０～５００ｍｍ、具体的には１０～３００ｍｍの距離だけ離間される方式で位置する。

【0012】

本発明は、上記又は下記の特徴のいずれか１つによる冷凍装置を含む、ユーザ流体、具体的には天然ガスの流れを冷凍及び／又は液化するためのシステムにも関し、システムは、ユーザ流体の少なくとも１つのタンク及び冷却交換器内におけるユーザ流体の前記流れの循環のための導管を含む。

【0013】

本発明は、特許請求の範囲内の上記又は下記の特徴のあらゆる組み合わせを含むあらゆる代替装置又は方法にも関し得る。

【0014】

更に具体的な特徴及び利点は、図を参照して与えられる以下の記載を読むことで明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明を実施できる装置及びシステムの例の構造及び作動を例示する概略部分平面図を示す。

【図2】装置及びシステムの構造及び作動の詳細を例示する、図１の矢印Ｖに沿った概略部分側面図を示す。

【図3】２つの冷却熱交換器の配置の１つの可能な実施形態の変形形態による、装置及びシステムの構造及び作動の詳細を例示する概略部分図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0016】

図１及び図２の冷却及び／又は液化システムは、冷却熱交換器８に低温（冷却容量）を供給する冷凍装置１を含む。

【0017】

システムは、この冷却交換器８との熱交換に置かれた、冷却される流体の流れの循環のための導管１２５を含む。例えば、流体は、タンク１６から（例えば、ポンプを介して）ポンプ供給された液体天然ガスであり、次いで（好ましくはタンク１６の外側で）冷却され、次いでタンクに戻される（例えば、タンク１６のガス相に流れ落ちる）。これにより、タンク１６の中身を冷却又は過冷却し、蒸発の発生を制限することができる。例えば、タンク１６からの液体は、タンク１６に再注入される前にその飽和温度より低く過冷却される（その温度における数Ｋ、具体的には５～２０Ｋ、具体的には１４Ｋの降下）。変形形態では、この冷凍は、タンクからの蒸発ガスに、具体的には蒸発ガスを再液化するために適用することができる。これは、冷凍装置１が冷凍熱交換器８で低温容量を生成することを意味する。

【0018】

冷凍装置１は、循環ループを形成する（好ましくは閉じた）作動回路１０を含む。この作動回路１０は、作動流体（ヘリウム、窒素、ネオン、水素若しくは別の適切なガス又は混合物、例えばヘリウム及びアルゴン、若しくはヘリウム及び窒素、若しくはヘリウム及びネオン、若しくはヘリウム、及びアルゴン、及び窒素、若しくはヘリウム、及び窒素、及びアルゴン、若しくはヘリウム、及びネオン、及びアルゴン、若しくはヘリウム、及び窒素、及びアルゴン、及びネオンなど）を含有する。

【0019】

作動回路１０は、作動流体を圧縮するための機構２、３と、作動流体を冷却するための機構４、５、６と、作動流体を膨張するための機構７と、作動流体を加熱するための機構６とを含むサイクルを形成する。

【0020】

装置１は、膨張機構７の下流に位置し、作動回路１０内で循環する低温作動流体との熱交換により、少なくとも１つの部材２５において熱を抽出することを意図された冷凍熱交換器８を含む。

【0021】

作動流体を冷却及び加熱するための機構は、従来、共通熱交換器６を含み、共通熱交換器６を通して、作動流体は、作動流体がサイクルにおいて冷却されるか又は加熱されるかに依存して、作動回路１０の２つの別個の通路部分において対流して通過する。

【0022】

冷却熱交換器８は、例えば、膨張機構７と共通熱交換器６との間に位置する。示されたように、この冷凍熱熱交換器８は、共通熱交換器６に組み込まれ得る（これは、２つの熱交換器６、８が一体であり得る、すなわち同一の交換構造を共有する別個の流体回路を有し得ることを意味する）。当然のことながら、変形形態では、冷却熱交換器８は、共通熱交換器６と分離した熱交換器であり得る。

【0023】

こうして、比較的高温状態で圧縮機構２、３から出る作動流体は、膨張機構７に入る前に共通熱交換器６内で冷却される。比較的低温状態で膨張機構７及び冷却熱交換器８から出る作動流体は、新しいサイクルを始めるために、圧縮機構２、３内に戻る前に共通熱交換器６内でその一部が加熱される。

【0024】

圧縮機構２、３は、少なくとも２つの圧縮機及び圧縮機構２、３のための少なくとも１つの駆動モータ１４、１５を含み得る。加えて、好ましくは、装置の冷凍容量は、可変であり、駆動モータ１４、１５の回転速度（サイクル速度）を調整することによって制御することができる。好ましくは、装置１によって生成された低温容量は、モータ１４、１５の回転速度を回転速度ゼロ～最高又は公称速度で変えることにより、公称又は最大容量の０～１００％で適合することができる。このような構成は、広い作動範囲（例えば、公称低温容量の５０％で公称性能の９７％）を超える高性能レベルを維持することができる。

【0025】

示された非限定的例では、冷凍装置１は、２つの圧縮機２、３を順番に含む。これらの２つの圧縮機２、３は、２つの別個のモータ１４、１５によってそれぞれ駆動され得る。タービン７は、２つのモータの一方１４の駆動シャフトに結合される。例えば、第１のモータ１４は、圧縮機２を駆動し、タービン７に結合される（モータ・ターボ圧縮機）一方、他方のモータ１５は、圧縮機３のみを駆動する（モータ・圧縮機）。このモータ・ターボ圧縮機及びこのモータ・圧縮機の順番は、作動回路１０内で逆向きであり得る（これは、順番における第１の圧縮機が、そのシャフトがタービンに結合されないモータによって駆動され得る一方、順番における第２の圧縮機が、そのシャフトもタービンに結合されるモータによって駆動されることを意味する）。

【0026】

例えば、装置１は、圧縮段階２、３をそれぞれ駆動するための２つの高速モータ１４、１５（例えば、毎分１０，０００回転又は毎分数万回転）を含む。タービン７は、圧縮段階２、３の一方のモータ１５に結合され得、これは、装置が（第１又は第２の）圧縮段階の駆動モータ１５に結合された膨張機構を形成するタービン７を有し得ることを意味する。

【0027】

こうしてタービン７の電力は、有利には、回復することができ、モータの消費を低減するために使用することができる。こうしてモータの速度（従って作動ガスのサイクルにおける流量）を増加することにより、生成された冷凍容量、従って液化機の電気消費が増加する（逆も同様である）。圧縮機２、３及びタービン７は、好ましくは、対象のモータの出力シャフトに（歯車で動く伝達機構なしに）直接結合される。

【0028】

モータの出力シャフトは、好ましくは、磁気型又は動的ガス型の軸受の上に装着される。軸受は、圧縮機及びタービンを支持するために使用される。

【0029】

描写された例では、冷凍装置１は、２つの圧縮段階を形成する２つの圧縮機２、３及び膨張タービン７を含む。これは、圧縮機構が、好ましくは、遠心型の２つの圧縮機２、３を順番に含み、膨張機構が単一のタービン７、好ましくは遠心型タービンを含むことを意味する。当然のことながら、圧縮機、タービン及びモータのあらゆる他の数及び配置、例えば３つの別個のモータによってそれぞれ駆動される３つの圧縮機であって、タービンは、例えば、これらのモータの１つの駆動シャフトの１つの端部に結合される、３つの圧縮機又は３つの圧縮機及び２つのタービンなどが想定され得る。他の構成、具体的には３つの圧縮機及び１つのタービン或いは３つの圧縮機、又は２つ若しくは３つのタービン、又は２つの圧縮機及び２つのタービンなどが想定され得る。各モータは、回転駆動シャフトを有し得、回転駆動シャフトの１つの端部は、圧縮機及び任意選択で別の車輪を駆動し、回転駆動シャフトの他の端部は、自由である（端部上に車輪が装着されない）か、又は任意選択で少なくとも１つの他の車輪（圧縮機若しくはタービン）を駆動する。

【0030】

示されたように、冷却熱交換器４、５は、２つの圧縮機２、３のそれぞれの出口に提供され得る（例えば、周囲温度の水又は冷却材回路２６のあらゆる他の冷却剤若しくは流体との熱交換による冷却）。図２を参照されたい。

【0031】

これにより、等エントロピ又は等温又は実質的に等温圧縮を実現することができる。同様に、熱交換器は、等エントロピ又は等温膨張を実現するために膨張タービン７の全て又は一部の出口に提供されても又は提供されなくてもよい。また、好ましくは、作動流体の加熱及び冷却は、これを限定することなく等圧であることが好ましい。

【0032】

装置は、枠１００、例えば平行六面体枠内に収納される。枠１００は、下基部１０１を含む。図２の描写と対照的に、枠の上端部は、必ずしも装置の上に構造を有するのではなく、周辺の支柱のみを有することができ、支柱は、装置の最高点以下で基部１０１の上に垂直に位置する。これは、枠が装置の全周に横方向の保護を形成し得るが、上部が覆われていないままであることを意味する。

【0033】

圧縮機２及びタービンを備えたモータ１４は、固定点１０４で枠１００に固定される。例えば、枠１００は、平行六面体であり、剛性の支柱又はビームから形成される囲い又は構造を含む。例えば、このモータ１４は、周囲の長手方向支柱に例えば螺合、及び／又はリベット、及び／又は溶接によって固定される。

【0034】

同様に、共通熱交換器６は、固定点１０６で枠１００に固定される。例えば、この熱交換器６は、中央長手方向支柱に例えば螺合、及び／又はリベット、及び／又は溶接によって固定される。

【0035】

共通熱交換器６の２つの対流通路部分は、枠１００の長手方向Ａに配向される。これは、共通熱交換器６が長手方向Ａに配向され、その内部の作動ガスの流れが、この方向に実質的に平行に通過することを意味する。

【0036】

図１に見られるように、圧縮機２及びタービン７を備えたモータ１４、１５の駆動シャフトも、この長手方向Ａに平行又は実質的に平行な方向に配向される。

【0037】

更に、タービン７及び圧縮機２は、装置が作動しているとき、タービン７が、共通熱交換器６の比較的低温の端部に対応する側に長手方向に位置し（図１の右側）、及び装置が作動しているとき、圧縮機２が、共通熱交換器６の比較的高温の端部に対応する側で長手方向に位置する（図１の左側）ように比較的長手方向に配置される。

【0038】

これにより、
高温作動状態から低温作動状態に通過する際、寸法の縮小を受けやすい要素（交換器６、タービン７及び関連するパイプの部分）を装置の同一の側（この場合、図１の長手方向右側）に配置することと、
高温作動状態から通過する際、寸法の縮小を受けやすい要素（交換器６、圧縮機２及び関連するパイプの部分）を装置の同一の側（この場合、図１の長手方向左側）に配置することと
が可能になる。

【0039】

固定された固定点１０４、１０６のいずれかの側に位置するこれらの要素は、こうして無制限に自由に縮小／膨張し得る。

【0040】

「低温」要素（タービン７、交換器の低温端部及び関連するパイプ）は、同じ方向（図１の左側）に自由に収縮する。「高温」要素（圧縮機２、熱交換器６の高温端部及び関連するパイプ）は、同じ方向（同様に図１の左側）に自由に膨張する。これにより、装置に掛る不要な力を回避又は制限することができ、装置は、装置内の温度の変化によって生じた寸法の変化をより良好に取り込む。

【0041】

詳細には、従来通りに装置が作動（具体的には公称作動）しているとき、熱交換器６の温度は、低温端部と高温端部との間で長手方向の勾配に沿って均等にされる。例えば、約１００Ｋの温度の低温端部は、膨張機構７から到来する比較的低温の作動流体を、それを加熱するために受け取り、且つ冷却された作動流体を、それが膨張機構７に入る前に他方の方向に排出する熱交換器６の端部である。例えば、約３００Ｋの温度の高温端部は、圧縮機構から到来する高温の作動流体を受け取り、且つ加熱された作動流体を、それが圧縮機構に入る前に他方の方向に排出する共通熱交換器６の端部である。

【0042】

有利な具体的な特徴によれば、枠１００の固定点１０６への共通熱交換器６の連結部は、熱交換器６の、その低温端部及び高温端部間の中間長手方向位置、具体的には２００～２７０Ｋ、具体的には２５０Ｋの作動温度の帯域に位置する。

【0043】

好ましくは、枠１００の固定点への共通熱交換器６の連結部は、装置が作動しているとき、熱交換器６の、その比較的高温の端部及び比較的低温の端部間に位置する長手方向位置、具体的には、収縮しやすい熱交換器６の低温端部（低温に冷却することによって生じた収縮差）と、膨張しやすい熱交換器６の高温端部（より高温に相対加熱することによって生じた膨張差）とを分離する熱交換器６の部分に位置する。

【0044】

これにより、共通熱交換器６の低温部及び関連する低温パイプは、自由に（図１の例では左に向かって）縮小することができ、高温部は、自由に（図１の例では左に）膨張することができる。

【0045】

これは、装置内の有害な機械応力を低減する。

【0046】

好ましくは、モータ１４及び共通熱交換器６をそれぞれ枠１００に固定するための固定点１０４、１０６は、枠上の同じ長手方向の高さ又はこの長手方向Ａに１００ｃｍ未満、具体的には５０ｃｍ未満の距離だけ離間して位置する。

【0047】

このようにして固定点に配置することにより、一方では収縮しやすい低温の要素及び他方では膨張しやすい比較的高温の要素は、相反する相殺的反力を発生又は制限することなく、同じ種類の移動ができるように互いに対して位置付けられる。

【0048】

枠１００は、支持部（例えば、地面若しくは船舶の床又は例えば冷却される液体のタンク１６の頂部）に固定することを意図された下基部１０１を含む。この基部は、長手方向又は横方向の支柱を備えた長方形の範囲を定める剛性の支柱から形成され得る。

【0049】

図１に示されたように、装置の要素の少なくとも一部は、この基部１０１、具体的には共通熱交換器６及び冷凍交換器８を収容する箱形構造に固定され得る。

【0050】

２つの冷却熱交換器４、５は、枠１００内において、長手方向軸Ａに対して横方向に共通熱交換器６の隣に配置され得る。これは、冷却熱交換器４、５が共通熱交換器６と枠１００の下基部１０１との間に位置しないことを意味する。この配置は、具体的には装置が船舶上に装着されたとき、力に対する装置の一体性を向上させる質量の分布を確保することを本発明者らは発見した。

【0051】

示されたように、２つの冷却熱交換器４、５は、長手方向軸Ａに平行なそれぞれの長手方向に延在する細長い形状をそれぞれ有し得る。２つの冷却熱交換器４、５は、一方が他方の上に垂直方向に配置され得る。

【0052】

各冷却熱交換器４、５は、冷却流体のための入口２４、２５及び冷却流体のための出口３４、３５を含む。有利な具体的な特徴によれば、２つの冷却熱交換器４、５の一方の冷却流体のための出口３４は、冷却熱交換器の一方５を通過する冷却流体の流れの一部が他方の冷却熱交換器４内ですでに循環しているように、他方の冷却熱交換器５の冷却流体のための入口２５に連結され得る（図３を参照されたい）。

【0053】

これにより、２つの冷却熱交換器４、５が（２つの交換器４、５内にそれぞれ分布された２つの半体内にこの流れを細分化するよりもむしろ）冷却流体の流れの１００％を受け取ることができる。

【0054】

このような冷却流体の流量のこの相対的増加は、熱交換の係数を増加させることができ、従って冷却の品質及び信頼性を向上させる。更に、この解決策は、（特に回路又は交換器ごとに異なる可能性のある圧力降下のため）２つの熱交換器内に２つの流量を分岐させることができる、公知の解決策に固有の問題を回避することができる。

【0055】

以下でより詳細に説明するように、この配置は、熱交換器４、５に向かうか又は熱交換器４、５から到来する冷却流体及び作動ガスのための導管網を簡略化することもできる。具体的には、この配置は、より小さい空間内に流体（冷却流体及び作動流体）のための循環回路を配置することをより容易にすることができる一方、これらの流体を伝送する導管の数及び／又は長さを低減することにより、作動流体と冷却流体との間の循環を対流させることができる。

【0056】

図３に示されたように、例えば、冷却材回路２６は、冷却流体をまず第２の冷却熱交換器５に、次に第１の冷却熱交換器５に供給する（修飾語「第１」及び「第２」は、作動流体の循環の方向における第１及び第２の圧縮段階を指す）。

【0057】

当然のことながら、反対の配置が予測され得る（まず第１の熱交換器４に、次に第２の熱交換器５における冷却流体の循環）。

【0058】

示されたように、いずれの場合にも、２つの流体（冷却される作動流体及び比較的低温の冷却流体）の循環の方向は、好ましくは、対流、すなわち各交換器を反対方向に通過する。

【0059】

図３に示されたように、冷却流体の通路のための２つの冷却熱交換器４及び５間の流体連結は、簡略化されてより小さいことができる。一方の冷却熱交換器４、５から他方への冷却流体のこの伝送は、具体的には、管の短い溶接部又は２つの熱交換器４及び５間の単純な管若しくは連結具によって実現され得る。

【0060】

上述のように、２つの冷却熱交換器４、５は、具体的には隣接して、具体的には互いに並んで配置され得る。これにより、装置のスペース要件が最適化される。

【0061】

必要に応じて、２つの冷却熱交換器４、５は、作動流体の循環のために２つの別個の通路を含む同一のケーシング又はハウジングに組み込むことも更に可能であり、前記２つの通路は、冷却流体回路の同一の回路チャネルの２つの部分と順番にそれぞれ熱交換する。例えば、冷却熱交換器４、５は、それぞれの長手方向に延在する細長い形状をそれぞれ有し得る。各冷却熱交換器４、５は、２つの長手方向端部にそれぞれ配置された、冷却される作動ガスのための入口及び冷却された作動ガスのための出口を含む。

【0062】

冷却熱交換器４、５は、管型の交換器、シェル型及び管型の交換器、板型又はあらゆる他の適切な技術の交換器であり得る。交換器４、５は、アルミニウム及び／又はステンレス鋼から作成され得る。

【0063】

更に、２の冷却熱交換器４、５は、好ましくは、互いに対して逆に装置内に配置され、これは、２の冷却熱交換器４、５のそれぞれの長手方向が平行又は実質的に平行であり、及び前記冷却熱交換器４、５における作動流体の循環の方向が互いに反対であることを意味する。冷却流体の循環の配置と組み合わせたこの配置は、流体回路の複雑性を最小に抑えることができる一方、装置に非常に良好な性能を授ける。

【0064】

装置の全て又は一部、具体的にはその低温部材は、断熱密封されたケーシング１１（具体的には共通対流熱交換器及び冷凍交換器８を含有する真空チャンバ）内に収容することができる。

【0065】

本発明は、別の流体又は混合物、具体的には水素を冷却及び／又は液化するための方法に適用され得る。

【図1】

【図2】

【図3】

【国際調査報告】